[其他]圆环永磁直流发电机

说明书

本发明是关于永磁直流发电机，特别是圆环永磁直流发电机。

有一种已经公知的旋转电枢式永磁直流发电机，它是以电枢旋转切割定子异性磁极在电枢中感生交流电，借换向器和电刷实现外电路的直流电以及与电枢绕组中交流之间相互转换。

本发明目的在于改变现有永磁直流发电机的工作原理，建立新的结构装置，消除换向器和电刷，进而，提高永磁直流发电机的工作性能，降低造价成本。

本发明是这样实现的：用“旋转磁场”和“单极切割”两种发电工作原理结合在一起，应用在本发明的一个装置中。以原动机拖动永磁体转子沿两圆环定子铁心之间平面旋转，永磁体转子的单极分别切割在它两侧的圆环定子绕组、由于“单极切割”定子绕组，穿过定子绕组的磁力线不发生异性交变。进而，在定子绕组中感生直流电，且不经换向器和电刷从圆环定子绕组引线对外电路输出。该机定子是由圆环铁心和螺旋绕组构成。转子是由两个以上永磁铁圆柱体组成，固定在该机的转子框架中根据该机应用原理和结构特征可以用不同数量的圆环定子和不同数量的永磁铁圆柱体转子相结合，制成不同功率和不同效率的圆环永磁直流发电机，同时，也可以用增大或减小圆环铁心和永磁铁圆柱转子的直径尺寸，制成不同功率的圆环永磁直流发电机。

基本工作原理

该机应用原理基于法拉第电磁感应定律。

工作特性：由于该机可以用若干个圆环定子片和转子组成一部整机，该机输出电压和电流可以通过接线方法的改变，不通过任何附加装置就可以得到调整，调整的方法是，如果把每片定子片绕组串联起来输出电压大，电流小。

用途：可用于车辆、船只照明以及风力发电等直流电源方面。

电流方向和磁场方向：见附图（电流方向和磁场方向）该机转子的磁极沿两圆环中间平面旋转时，无论是顺时针还是逆时针，转子的两端磁极必然有一端增磁而另一端去磁，同时，在圆环铁心外侧平面与内侧平面所形成的异名磁场方向都是驱动绕组导体运动电荷沿螺旋绕组同一方向作定向运动，进而，提高工作绕组的感生电动势和感生电流强度。

该机的中间圆环定子两侧是用同名磁极切割，它加强了导线电荷的定向运动速度。

设计内容

一、结构：见该机主要结构件表，为适应不同要求，主要结构件的数量和尺寸应当不相同。如：需设计较大功率的圆环永磁直流发电机，就需增多定子片和转子，同时也可以用增大它们的铁心直径来调整不同功率和不同效率。

二、设计程序：见设计程序表

三、功率计算

功率计算可参考现有永磁直流发电机的计算方式，其算式如下：

P_N＝CD²_aL_tnN

式中 P_N-额定功率，D_a-转子铁心直径

L_t-定子铁心长度，n_N-额定转速γ/min

C-利用系数可参考现有永磁发电机的利用系数。

四、设计要点

本发电机设计的关键在于正确选定圆环铁心的直径，内径和厚度以及圆柱体永磁体的长度和直径，同时，还应首先选定圆环铁心所需的硅钢类型和永磁材料的类型。

五、永磁材料的选择

铝镍钴系磁钢制成的转子磁极，其剩磁B_r大，矫顽力H_C小，因此，磁极的形状是长度L_m较长，截面积A_m较小，铁氧体制成的磁极B_r小H_C大，磁极结构形状往往是L_m较短，而A_m较大。本发电机选用这两种磁体时，要考虑到这一物理特性去确定转子磁极的长度和截面积。

六、转子体积的确定

该机的转子是感应部件它所起的作用和现永磁直流发电机定子所起的作用是一致的。只不过是几何形状有所不同，因此，对该机的转子磁极的体积确定可以参考现有永磁直流发电机定子体积来初步确定、或按下式计算。

V＝ (μ₀(H′)²V′)/(BH)

式中：V-体积。H′-气隙中的磁场强度。

V′-气隙体积。BH-磁能积。

上式表明在该机气隙磁场强度H′和气隙体积V′确定后，所选定的永磁材料体积V与磁能B_H成反比，显然在选用不同磁能积B_H的永磁材料做该机转子时，B_H大，可以使该机体积缩小，可以节省原材料。